Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 43
Kết quả cho thấy rằng DFT-s-OFDM thể hiện PAPR thấp hơn OFDM do bản chất gần như đơn sóng mang. Điều này cho phép bộ khuếch đại công suất phát hoạt động với mức chênh lệch thấp hơn, với những ưu điểm vượt trội về hiệu quả sử dụng công suất. Zero Tail DFT-s-OFDM đưa ra mức PAPR giảm khoảng 0.5dB so với DFT-s-OFDM do sự hiện diện của các mẫu công suất thấp ở đuôi. Tuy nhiên, giới hạn công suất so với OFDM vẫn được bảo toàn. Ảnh hưởng của PAPR như vậy về nguyên tắc có thể tránh được bằng cách chỉ truyền các mẫu trong khoảng thời gian (
) tức là xóa các số khơng ở đầu và đi của tín hiệu; bằng cách này,
bộ khuếch đại cơng suất có thể được thiết lập để hoạt động với cùng nguồn dự phòng của DFT-s-OFDM. Tuy nhiên tùy chọn này sẽ sửa đổi đầu ra tự nhiên của IFFT và sau đó gây ra nhiễu xuyên sóng mang. Cần lưu ý rằng, bất lợi của PAPR phụ thuộc vào
và , có thể giảm xuống trong trường hợp kênh có trễ truyền lan ước tính thấp.
3.1.2 Phát xạ ngồi băng (OOBE)
Hình 3.2 hiển thị phát xạ ngoài băng của Zero Tail DFT-s-OFDM, được tính bằng cách sử dụng biểu đồ chu kỳ Welch [27], giả sử số lượng sóng mang con là 1200. Khi zero-head không được thêm vào, Zero Tail DFT-s-OFDM có lượng OOBE tương tự của OFDM/ DFT-s-OFDM. Tuy nhiên, khi thêm zero-head dẫn đến lượng OOBE thấp hơn đáng kể. Điều này do sự chuyển đổi linh hoạt giữa các ký hiệu thời gian liền kề được đảm bảo bởi các mẫu công suất thấp ở cả phần đầu và phần đi của tín hiệu. Sự phục hồi cơng suất OOBE do các giá trị cao là rất hạn chế; phần zero-head cực ngắn là đủ để duy trì cơng suất cịn lại thấp trên các dải lân cận. Về mặt này, Zero Tail DFT-s-OFDM đặc biệt thích hợp cho các vơ tuyến nhận thức [28], trong đó việc ngăn chặn quang phổ tốt dẫn đến sử dụng hiệu quả quang phổ có sẵn. Hơn nữa nó cũng cho phép tăng cơng suất phát mà không làm tăng nhiễu trên các kênh lân cận. Lưu ý rằng, khác với các giải pháp tạo hình phổ đã biết, việc ngăn chặn phổ của Zero Tail DFT-s-OFDM khơng gây ra biến dạng tín hiệu mà nó là đặc tính bên trong của chính dạng sóng.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 44
Hình 3.2 Phát xạ ngoài băng OOB của Zero Tail DFT-s-OFDM
3.1.3 Hiệu suất BLER
Việc đánh giá hiệu suất liên kết được thực hiện bằng cách xem xét một mơ hình kênh đồ thị điển hình [29]. Các bit dữ liệu được mã hóa và xen kẽ theo thơng số kỹ thuật LTE Release 8. Truyền anten đơn với 4 anten được xem xét. Mục tiêu của việc đánh giá liên kết là để lượng hóa những tác động khơng lý tưởng của Zero Tail DFT-s- OFDM. Hình 3.3 hiển thị hiệu suất BLER của 3 điều chế, được coi là chức năng của SNR cho hai cấu hình băng thơng khác nhau và giả sử = 3dB. DFT-s-OFDM có BLER cao hơn OFDM một chút. Đây là hậu quả của nhược điểm tăng cường nhiễu phổ biến của DFT-s-OFDM: sự hiện diện của IDFT trong chuỗi thu làm lan truyền nhiễu trên các sóng mang con trên tồn bộ băng thơng, do đó ảnh hưởng đến BLER. Zero Tail DFT-s-OFDM đạt được BLER thấp hơn DFT-s-OFDM, do đó hoạt động gần với OFDM hơn. Điều này là do ở cùng mức cơng suất phát trung bình, Zero Tail DFT- s-OFDM tập trung cơng suất cao hơn trên dữ liệu do sự có mặt của các mẫu có năng lượng thấp, trong khi DFT-s-OFDM một phần công suất bị mất cho CP.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 45
Hình 3.3: Hiệu suất BLER của Zero Tail DFT-s-OFDM, DFT-s-OFDM, OFDM
3.1.4 Tác động của các giá trị khác nhau lên hệ thống Zero Tail DFT-s-OFDM
Tác động của các giá trị khác nhau, do đó khác nhau theo phương trình (2.19) được hiển thị trong Hình 3.4, giả sử 64-QAM với tốc độ mã hóa 4/5 và các cấu hình băng thơng khác nhau. Rõ ràng rằng, việc sử dụng zero-head là cần thiết để tránh hiệu suất bị gián đoạn, tuy nhiên BLER khá không nhạy cảm với giá trị thực của . Điều này cho thấy khả năng sử dụng chi phí cực thấp trong điều chế Zero Tail DFT-s- OFDM mà không ảnh hưởng đến BLER.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 46
3.1.5 BER và Eb/N0 khi khơng có ước lượng kênh
Bước đầu tiên trong q trình mơ phỏng là thiết lập đường truyền với một đường dẫn đơn và kênh AWGN để xác thực các hệ thống khác nhau và so sánh trạng thái của chúng trong điều kiện tối ưu.
Hình 3.5 BER và Eb/N0 khi khơng có ước lượng kênh
Trong Hình 3.5 cho thấy rằng kết quả với OFDM có Tiền tố tuần hoàn và OFDM Zero Tail gần như giống nhau dưới tác động của kênh AWGN. Nhiễu trong quá trình truyền có tác động như nhau trong hai hệ thống (khi các hệ thống không đi qua bất kỳ bộ lọc nào).
3.1.6 BER và Eb/N0 có sử dụng ước lượng kênh
Giữ kênh đơn đường, mô phỏng ước lượng kênh và cân bằng các sóng mang đã nhận. Việc sửa kênh này bị ảnh hưởng bởi độ chênh lệch kèm theo nhiễu và nó có thể gây ra bù lỗi.
Điều này có thể được giải quyết bằng cách gửi thêm các ký hiệu kiểm tra để ước lượng kênh. Sử dụng giá trị trung bình của các kết quả của tất cả các ký hiệu ước lượng, mơ phỏng có thể loại bỏ nhiễu ngẫu nhiên từ việc hiệu chỉnh kênh và cân bằng các sóng mang một cách phù hợp. Sử dụng 20 ký hiệu kiểm tra thay vì 2, mơ phỏng cho thấy sự cải thiện được mơ tả trong Hình 3.6 và Hình 3.7.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 47
Cuối cùng, có thể chỉ ra một lần nữa rằng trong kênh đơn đường hai hệ thống thực hiện gần như giống nhau ngay cả với hai quá trình ước lượng kênh khác nhau.
Hình 3.6 BER và Eb/N0 với ước lượng kênh (2 ký hiệu)
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 48
3.1.7 Dạng sóng
Dạng sóng của OFDM CP và OFDM Zero Tail có dạng tương tự nhau. Độ dài của ký hiệu OFDM trong trường hợp này là 2304 mẫu, 2048 mẫu từ IFFT và 1/8 chiều dài này cho mẫu CP và ZT. Sau 2304 mẫu, hình cho thấy phần đầu của ký hiệu OFDM tiếp theo.
Hệ thống cuối cùng dựa trên mơ hình trải rộng DFT, sử dụng các số khơng miền thời gian trong khối FFT khác và dẫn đến độ dài ký hiệu OFDM là 2048. Hệ thống phải sử dụng ít sóng mang dữ liệu hơn, bị chiếm bởi các số khơng, để duy trì cùng một băng thơng như hai hệ thống cịn lại. Hình 3.8 cho thấy phần đầu số khơng và phần đi số khơng của tín hiệu.
Hình 3.8 Dạng sóng của OFDM, OFDM Zero Tail và Zero Tail DFT-s-OFDM
3.1.8 Phổ tín hiệu
Phân tích phổ của hệ thống có thể chỉ ra rằng mơ hình OFDM CP và OFDM ZT có đáp ứng tần số rất giống nhau được chỉ ra trong Hình 3.9. Sự khác biệt giữa hai phổ là giá trị cơng suất thấp của sóng mang bảo vệ, nó cho thấy rằng hệ thống dựa trên Zero Tail dao động trong khoảng -350dB đến -50dB thay vì -100dB và -50dB. Nhưng các giá trị đại diện của quang phổ là giá trị công suất cao của phổ cho thấy sự giống nhau giữa hai mơ hình.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 49
Hình 3.9 Phổ tín hiệu của OFDM và OFDM Zero Tail
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 50
Phân tích phổ của Zero Tail DFT-s-OFDM cho thấy nó đạt đến các giá trị thấp hơn, đường cong công suất thấp hơn so với các hệ thống trước đó. Hệ thống này cải thiện hiệu suất phổ của tín hiệu OFDM chỉ bằng cách sử dụng kỹ thuật FFT. Hình 3.10 cho thấy giá trị lớn nhất của đường cong là khoảng -70dB thay vì -50dB.
3.2 Đánh giá kết quả đạt được
Việc sử dụng tín hiệu Zero Tail DFT-s-OFDM thay thế cho việc truyền OFDM/ DFT-s-OFDM dựa trên CP truyền thống. Các tín hiệu như vậy thay thế CP bằng một tập hợp các mẫu công suất rất thấp thu được như một đầu ra tự nhiên của IFFT tại máy phát. Điều này cho phép điều chỉnh các tín hiệu với độ trễ lan truyền hoặc trễ lan truyền ước lượng của kênh mà không ảnh hưởng đến numerology của hệ thống. Hơn nữa, nó cho phép cùng tồn tại giữa các hệ thống được thiết kế cho các mơi trường khác nhau. Tín hiệu Zero Tail DFT-s-OFDM có khả năng ngăn chặn phổ tốt hơn OFDM/ DFT-s-OFDM và hiệu suất liên kết kết xấp xỉ OFDM với chi phí cực kỳ hạn chế.
3.3 Kết luận chương 3
Chương 3 đánh giá hiệu năng của hệ thống Zero Tail DFT-s-OFDM so với hệ thống OFDM và DFT-s-OFDM. Kết quả cho thấy rằng Zero Tail DFT-s-OFDM thể hiện Tỷ lệ cơng suất đỉnh trên cơng suất trung bình, lượng phát xạ ngồi băng thấp hơn đáng kể so với OFDM và DFT-s-OFDM, hiệu suất BLER cũng được cải thiện. Đồng thời chỉ ra rằng, việc sử dụng zero-head là cần thiết để tránh hiệu suất bị gián đoạn.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Zero Tail DFT-s-OFDM là một kỹ thuật hiện đại với nhiều ưu điểm nổi bật. Zero Tail DFT-s-OFDM cho phép tách numerology vơ tuyến ra khỏi các đặc tính kênh, do đó cải thiện sự đồng tồn tại giữa các tế bào hoạt động trên các kênh khác nhau. Hơn nữa, nó cho phép thiết lập truyền dẫn đường lên mà khơng cần q trình định thời trước, do đó giảm độ trễ của truy cập ban đầu. Đặc tính ngăn cản quang phổ tốt của nó cải thiện khả năng phục hồi đối với nhiễu do các liên kết không đồng bộ tạo ra. Hơn nữa, Zero Tail DFT-s-OFDM cũng có lợi trong các ơ hoạt động TDD vì khoảng thời gian bảo vệ cần thiết để chuyển hướng liên kết có thể được gắn vào đi của tín hiệu mà khơng ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của tín hiệu. Tác động của tần số vô tuyến không lý tưởng trong Zero Tail DFT-s-OFDM cũng đã được đánh giá; nhiễu pha có tác động gần giống như trong OFDM/ DFT-s-OFDM, trong khi kết cấu cao hơn đối với bộ khuếch đại phi tuyến được thể hiện.
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin di động 5G bao gồm, các công nghệ lõi sử dụng trong 5G, kiến trúc mạng di động, kiến trúc mạng 5GC, RAN Evolution; các kỹ thuật ghép kênh sử dụng trong 4G và 5G; lưới tài nguyên vô tuyến cho hệ thống thông tin di động 5G.
Chương 2 phân tích phương thức truyền dẫn Zero Tail DFT-s-OFDM cho đường lên 5G. Đi từ tổng quan đến sự thúc đẩy cho tín hiệu Zero Tail DFT-s-OFDM, tiếp đến sự hình thành tín hiệu Zero Tail, cuối cùng là phân tích lý thuyết. Đồng thời cũng phân tích mơ hình kênh đường lên 5G và mơ hình hệ thống Zero Tail DFT-s-OFDM cho đường lên 5G.
Chương 3 đánh giá hiệu năng của hệ thống Zero Tail DFT-s-OFDM. So sánh PAPR, hiệu suất lỗi khối BLER, phát xạ ngoại băng, BER và Eb/N0 khi có và khơng có ước lượng kênh với số lượng ký hiệu ước lượng khác nhau, dạng sóng và phổ tín hiệu giữa các hệ thống Zero Tail DFT-s-OFDM, OFDM, DFT-s-OFDM.
Công việc trong tương lai là nhằm giải quyết các lợi ích của hệ thống khi sử dụng tín hiệu Zero Tail DFT-s-OFDM trên các mạng có các yêu cầu về độ trễ lan truyền khác nhau. Hơn nữa, việc sử dụng khối tần số Zero Tail DFT-s-OFDM cụ thể đã được đề cập ở trên cần được nghiên cứu. Cuối cùng, việc chứng minh khái niệm Zero Tail DFT-s- OFDM trên nền thử nghiệm vô tuyến xác định bằng phần mềm sẽ được thực hiện.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] N. Alliance, “5G White Paper,” Tech. Rep., February 2015.
[2] Brilliantova, V., & Thurner, T. W. (2019). Blockchain and the future of energy. Technology in Society, 57, 38-45.
[3] Sheri DeTomasi, 5G Flexible Numerology – Defining What It Is and Explaining Why You Should Care (2018).
[4] Dr. John E. Smee, Five wireless inventions that define 5G NR — the global 5G standard, 2017.
[5] Sheri DeTomasi , Understanding 5G New Radio Bandwidth Parts, 2018.
[6] E Udayakumar and V Krishnaveni, A Review on Interference Management in Millimeter- Wave MIMO Systems for Future 5G Networks, Innovations in Electrical and Electronics Engineering, 715-721, 2020.
[7] Larry Peterson and Oguz Sunay, 5G Mobile Networks: A Systems Approach. [8] Technical White Paper “5G Standalone Architecture”, January 2021.
[9] C. H. S. Lopes, E. S. Lima, L. A. M. Pereira, R. M. Borges, A. C. Ferreira, M. Abreu, W. D. Dias, D. H. Spadoti, L. L. Mendes and Arismar Cerqueira S. Jr, Non-standalone 5G NR Fiber-Wireless System using FSO and Fiber-optics Fronthauls, May 2020.
[10] S. Mukherjee, R. Ravindran, D. Raychaudhuri, A Distributed Core Network Architecture for 5G Systems and Beyond, 2018
[11] Study Paper on 5g Core Network
https://www.tec.gov.in/public/pdf/Studypaper/5G%20Core%20Network_Study%20Paper_v8.pdf [12] Salah Eddine El Ayoubi, Orange Mauro Boldi, Telecom Italia Ömer Bulakci, Panagiotis Spapis, Malte Schellmann, Huawei ERC Patrick Marsch, Mikko Säily, Nokia Networks Jose F. Monserrat, Universitat Politècnica de València Thomas Rosowski, Gerd Zimmermann, Deutsche Telekom Icaro Da Silva, Ericsson Milos Tesanovic, Mehrdad Shariat, Samsung Ahmed M. Ibrahim, Intel, “Preliminary Views and Initial Considerations on 5G RAN Architecture and Functional Design”, 2016.
[13] Muralidhar Kulkarni, Orthogonal Frequency Division Multiplexing: An Overview, March 2007.
[14] Ravi Sekhar Yarrabothu, Sri Vidya Vangala and A. Surendar, Comparative Study ò 5G Waveform-OFDM-ZT with LTE-OFDM, 2017.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 53
[16] Xiaojing Chen, Shanghai University, Wei Ni, DFT-s-OFDM: Enabling Flexibility in Frequency Selectivity and Multiuser Diversity for 5G, 2020.
[17] B.Eng., Gadjah Mada University, Locallized Discrete Fourier Transform Speread OFDM ((DFT-s-OFDM) Systems For 4G Wireless Communication, 2010.
[18] G. Berardinelli, F. Tavares, T. B. Sørensen, P. Mogensen, and K. Pajukoski, “Zero-tail DFT-spread-OFDM signals,” Globecom, 9th IEEE Broadband Wireless Access Workshop, 2013.
[19] H. Holma and A. Toskala, LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access. Wiley, 2009
[20] M. Lampinen, F. Del Carpio, T. Kuosmanen, T. Koivisto, and M. Enescu, “System-level modeling and evaluation of itnerference suppression receivers in LTE systems,” Vehicular Technology Conference, pp. 1–5, May 2012.
[21] H. Haykin, M. Sellathurai, Y. de Jong, and T. Willink, “TurboMIMO for wireless communications,” IEEE Communications Magazine, vol. 42, no. 10, pp. 48–53, October 2004. [22] B. E. Priyanto, H. Codina, S. Rene, T. B. Sørensen, and P. Mogensen, “Initial performance evaluation of DFT-spread OFDM based SC-FDMA for UTRA LTE Uplink,” IEEE 65th Vehicular Technology Conference, VTC2007-Spring, pp. 3175–3179, April 2007. [23] G. Berardinelli, Air interface for next generation mobile communications networks: Physical Layer Design. Ph.D. dissertation, Aalborg University, 2010.
[24] H. Holma and A. Toskala, LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access. Wiley, 2009.
[25] https://www.techplayon.com/5g-nr-reference-signals-dmrs-ptrssrs-and-csi-rs/
[26] G. Berardinelli, K. I. Pedersen, T. B. Sorensen, and P. Mogensen, “Generalized DFT- spread-OFDM as 5G waveform,” IEEE Commun. Mag., vol. 54, no. 11, pp. 99-105, 2016. [27 ]S. Salivahanan and A. Vallavaraj, Digital Signal Processing. Tata Mac-Graw Hill
Education, 2001.
[28] S. Haykin, “Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications ,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 23, no. 2, pp. 201–220, February 2005. [29] “Deployment aspects,” 3rd Generation Partnership Project, Tech. Rep. TR 25.943, V6.0.0, 2005.
Đặng Thị Lịch, D17CQVT02 – B Trang 54 PHỤ LỤC CODE MATLAB simulation_BER_curves Nội dung INPUT DATA OFDM
OFDM Zero Tail
QAM ĐỒ THỊ INPUT DATA M = 64; k = log2(M); N = 1024; usedN = 600; unusedN = N‐usedN; % Kích thước chịm sao tín hiệu
% Số bit trên mỗi ký hiệu % Tổng số sóng mang
% Số lượng sóng mang dữ liệu % Số lượng sóng mang bảo vệ nSymbOFDM = 1000;
n = usedN*k*nSymbOFDM;
% Số lượng ký hiệu OFDM đầu vào
% Số lượng bit CP = N/8;
ZT = N/8; % Độ dài CP % Độ dài zero-tail